نایلون چیست و چه کاربردی دارد؟

نایلون یک پلی آمید خطی ترموپلاستیک مصنوعی (مولکول بزرگی است که اجزای آن با نوع خاصی از پیوند متصل می شوند) که اولین بار در سال 1935 توسط شیمیدان آمریکایی والاس کاروترز، که در آن زمان در مرکز تحقیقاتی DuPont در دلاور کار می کرد، تولید شد. والاس چیزی را تولید کرد که از نظر فنی به عنوان نایلون 66 شناخته می شود (هنوز یکی از رایج ترین انواع آن). تقاضا برای خرید نایلون برای مواد مصنوعی به طور کلی، و نایلون به طور خاص، در طول جنگ جهانی دوم افزایش یافت، زمانی که اقلام طبیعی مانند ابریشم، لاستیک و لاتکس به میزان قابل توجهی عرضه کمتری داشتند.

نایلون برای کاربردهای مختلفی از جمله لباس، تقویت در مواد لاستیکی مانند لاستیک خودرو، برای استفاده به عنوان طناب یا نخ، و برای بسیاری از قطعات قالب‌گیری تزریقی برای وسایل نقلیه و تجهیزات مکانیکی استفاده می‌شود. فوق العاده قوی، نسبتاً مقاوم در برابر سایش و جذب رطوبت، ماندگاری طولانی، مقاوم در برابر مواد شیمیایی، الاستیک و شستشوی آسان است. نایلون اغلب به عنوان جایگزینی برای فلزات کم استحکام استفاده می شود. به دلیل استحکام، انعطاف پذیری دما و سازگاری با مواد شیمیایی و قیمت نایلون مناسب٫ این پلاستیک انتخابی برای اجزای محفظه موتور وسایل نقلیه است.

نایلون همچنین می تواند با انواع زیادی از افزودنی ها ترکیب شود تا انواع مختلف با خواص مواد به طور قابل توجهی متفاوت تولید شود. در اینجا نگاهی به چرخ دنده کامپوزیت ساخته شده از نایلون و کربن داریم.

نایلون معمولاً با استفاده از نام شیمیایی "PA" (به عنوان مثال PA 6 یا PA 6/66) شناخته می شود و به طور گسترده در سیاه، سفید و رنگ طبیعی آن (سفید یا بژ) موجود است. شاید رایج ترین نوع برای کاربردهای مهندسی نایلون 6/6 باشد. نایلون 6/6 را می توان اکسترود کرد (ذوب کرد و از طریق قالب فشار داد) و همچنین یک پلاستیک مناسب برای قالب گیری تزریقی و چاپ سه بعدی است. دمای ذوب بالایی دارد که آن را به یک جایگزین عالی برای فلزات در محیط های با دمای بالا (به عنوان مثال زیر کاپوت خودرو) تبدیل می کند. نقطه ضعف این ماده این است که استحکام نسبتاً کم ضربه ای دارد (حتی در مقایسه با سایر پلاستیک ها؛ نمودار زیر را ببینید). نمودار زیر قدرت ضربه نسبی نایلون را در مقایسه با مقاومت ضربه ای دیگر پلاستیک های رایج مانند ABS، پلی استایرن (PS) یا پلی کربنات (PC) نشان می دهد. قابل توجه است که قدرت ضربه نایلون را می توان با فرآیندی به نام "تهویه مطبوع" بهبود بخشید. به همین دلیل، و همچنین سهولت ترکیب نایلون با مواد دیگر برای افزایش استحکام، مهم است که خواص مواد نایلونی خاصی را که استفاده می کنید بررسی کنید.

ویژگی های نایلون چیست؟

اکنون که می دانیم برای چه چیزی استفاده می شود، اجازه دهید برخی از خواص کلیدی نایلون (PA) را بررسی کنیم. نایلون یک کوپلیمر متراکم است که از چندین نوع مونومر مختلف در ترکیب با یکدیگر تشکیل شده است. می توان آن را به روش های مختلفی تولید کرد، معمولاً با تقطیر از نفت خام شروع می شود، اما می تواند از زیست توده نیز تولید شود. نایلون به عنوان یک ماده "ترموپلاستیک" (در مقابل "ترموست") طبقه بندی می شود که به نحوه واکنش پلاستیک به گرما اشاره دارد. مواد ترموپلاستیک در نقطه ذوب خود به مایع تبدیل می شوند - در مورد نایلون 220 درجه سانتیگراد بسیار بالا است.

یکی از ویژگی های مفید در مورد ترموپلاستیک ها این است که می توان آنها را تا نقطه ذوب خود گرم کرد، سرد کرد و دوباره بدون تخریب قابل توجهی گرم کرد. به جای سوزاندن، ترموپلاستیک هایی مانند نایلون به مایع تبدیل می شوند که به آنها اجازه می دهد به راحتی قالب گیری تزریقی و سپس بازیافت شوند. در مقابل، پلاستیک های ترموست را فقط یک بار می توان گرم کرد (معمولاً در طی فرآیند قالب گیری تزریقی). اولین گرمایش باعث می شود مواد ترموست (شبیه به اپوکسی 2 قسمتی) گیر کنند و در نتیجه یک تغییر شیمیایی ایجاد می شود که قابل برگشت نیست. اگر بخواهید برای بار دوم یک پلاستیک گرماسخت را تا دمای بالا گرم کنید، می سوزد. این ویژگی باعث می شود که مواد ترموست نامزد ضعیفی برای بازیافت باشند.

چرا نایلون اغلب استفاده می شود؟

نایلون اغلب در چرخ دنده‌ها، بوشینگ‌ها و یاتاقان‌های پلاستیکی به دلیل ویژگی‌های ذاتی اصطکاک کم استفاده می‌شود. نایلون لغزنده ترین پلاستیک موجود نیست - معمولاً اگر اصطکاک کم تنها مورد توجه است، استال را توصیه می کنیم. با این حال، عملکرد بالا در سایر خواص مکانیکی/شیمیایی/حرارتی آن را به انتخاب خوبی برای قطعاتی تبدیل می‌کند که می‌توانند سایش زیادی داشته باشند.

نایلون همچنین یک پلاستیک فوق العاده مفید برای کاربردهایی است که هم به مواد پلاستیکی و هم به دمای ذوب بالا نیاز دارند. همچنین فوق العاده متنوع است. نایلون را می توان با کاربردهای بسیار متنوعی تطبیق داد زیرا انواع مختلفی در تولید وجود دارد و خواص مواد قابل تنظیم این گونه ها ناشی از مواد مختلف نایلون می تواند با آن ترکیب شود. در Creative Mechanisms، ما از نایلون در چندین کاربرد در طیف وسیعی از صنایع استفاده کرده‌ایم. چند نمونه شامل موارد زیر است:

محصولات مصرفی (مانند اسباب بازی). ما در گذشته روی یک روروک مخصوص بچه‌ها کار می‌کردیم که در نهایت در نایلون پر از شیشه قالب‌گیری شد.
نقاط تاثیر مبلمان.
مدل‌های پرینت سه بعدی برای کاربردهای گرمای بالا زمانی که ABS گزینه‌ای نیست (اگرچه این یک گزینه است، ما معمولاً از مواد کامپوزیت نایلونی بیشتر برای استحکام آنها و کمتر برای عملکرد دمایی آنها هنگام چاپ سه بعدی استفاده می‌کنیم).
چرخ دنده برای انتقال مکانیزم.

 انواع مختلف نایلون چیست؟

اگرچه نایلون در ابتدا توسط والاس کاروترز Dupont's Wallace Carothers کشف و ثبت شد، اما سه سال بعد (در سال 1938) با استفاده از روشی متفاوت توسط شیمیدان محقق آلمانی، پل شلاک، که سپس در IG Farben کار می کرد، تولید شد (به عنوان نایلون 6). در عصر مدرن، این شرکت توسط تعداد زیادی شرکت تولید می‌شود که هر کدام معمولاً فرآیند تولید، فرمول منحصر به فرد و نام تجاری خود را دارند. شما می توانید لیست کامل تولید کنندگان مواد را در اینجا مشاهده کنید.

 انواع رایج عبارتند از نایلون 6، نایلون 6/6، نایلون 66 و نایلون 6/66. اعداد نشان دهنده تعداد اتم های کربن بین گروه های اسید و آمین است. تک رقمی (مانند "6") نشان می دهد که ماده از یک مونومر منفرد در ترکیب با خودش ابداع شده است (یعنی کل مولکول یک هموپلیمر است). دو رقم (مانند "66") نشان می دهد که ماده از چند مونومر در ترکیب با یکدیگر (کومونومر) ابداع شده است. اسلش نشان می دهد که این ماده از گروه های کومونومر مختلف در ارتباط با یکدیگر ساخته شده است (یعنی یک کوپلیمر است).

نایلون چگونه ساخته می شود؟

نایلون، مانند سایر پلاستیک‌ها، معمولاً با تقطیر سوخت‌های هیدروکربنی به گروه‌های سبک‌تر به نام «کسری» شروع می‌شود، که برخی از آنها با کاتالیزورهای دیگر برای تولید پلاستیک (معمولاً از طریق پلیمریزاسیون یا چند تراکم) ترکیب می‌شوند. نایلون همچنین می تواند از زیست توده تولید شود. بر اساس ماهیت زیست توده، به طور بالقوه می تواند منجر به یک ماده زیست تخریب پذیرتر شود. فرآیند واقعی برای تولید نایلون در یکی از دو روش قرار می گیرد. اولین مورد شامل واکنش مونومرها با گروه های آمین (NH2) است که با اسید کربوکسیلیک (COOH) واکنش می دهند. دومی شامل واکنش دی آمین (مولکولی با 2 گروه NH2) با دی کربوکسیلیک اسید (مولکولی با 2 گروه COOH) است.

نایلون برای توسعه نمونه اولیه در ماشین‌های CNC، چاپگرهای سه بعدی و ماشین‌های قالب‌گیری تزریقی

نایلون را می توان به راحتی به رشته ها (مفید برای چاپ سه بعدی)، الیاف (مفید برای پارچه)، فیلم (مفید برای بسته بندی) و ورق (مفید برای تولید ماشین های CNC) ذوب کرد. همچنین ماده ای است که به راحتی قابل تزریق است. استوک طبیعی نایلون معمولاً یک رنگ مایل به سفید است و معمولاً در دو رنگ سفید و مشکی نیز موجود است. گفته می شود، نایلون را می توان تقریباً به هر رنگی رنگ کرد. این ماده به‌راحتی به شکل رشته‌ای برای چاپ سه‌بعدی در دسترس است، جایی که گرم می‌شود و رشته ذوب شده به شکل سه‌بعدی مورد نظر تولید می‌شود.

 هنگامی که شرکت ما نمونه اولیه قطعات نایلون را طراحی می کند، آنها را CNC ماشین می کنیم. چند سال پیش، شرکت ما شروع به ساخت نمونه اولیه قلاب های پلاستیکی برای استفاده با طناب های بانجی کرد. ما با یک نمونه اولیه ABS FDM برای تأیید اندازه / شکل / زیبایی شناسی / عملکرد شروع می کنیم. سپس قلاب را در نایلون ماشین CNC می کنیم تا استحکام را آزمایش کنیم. مرحله نهایی قالب گیری تزریقی قطعات تولیدی است.

 با قالب گیری تزریقی، نایلون گاهی با درصد مشخصی از الیاف شیشه پر می شود تا استحکام کششی آن افزایش یابد. درصد شیشه معمولا بین 10 تا 40 درصد است. قلاب هایی که ما در حال قالب گیری تزریقی هستیم در واقع بالای 40 درصد هستند. الیاف شیشه استحکام را افزایش می دهند، اما بر نحوه از کار افتادن یک قطعه نیز تأثیر می گذارند. بدون پر کردن شیشه، نایلون قبل از شکستن خم می شود و تسلیم می شود. با افزودن الیاف شیشه (مخصوصاً در درصدهای بالاتر)، شکست به یک شکست شکننده آنی با حداقل خمش تبدیل می شود. هنگامی که نایلون دارای الیاف شیشه ای است، به عنوان مثال، نایلون 30٪ GF نامیده می شود. (GF مخفف "glass filled" است).

معایب نایلون چیست؟

اگرچه نایلون دمای ذوب بالایی دارد، اما به خوبی در برابر شعله باز نمی ایستد. این ماده قابل اشتعال است و وقتی و اگر در معرض شعله باز قرار گیرد به سرعت می سوزد. به منظور بهبود اشتعال پذیری می توان به نایلون مواد بازدارنده شعله اضافه کرد. به عنوان مثال، نایلون مورد استفاده برای منیفولد در یکی از پروژه های طراحی جدید ما دارای بالاترین درجه شعله (V-0) است.

 نایلون همچنین می تواند تحت تأثیر قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش، عمدتاً از نور مستقیم خورشید، تأثیر منفی بگذارد. به همین دلیل، یک تثبیت کننده UV اغلب به مواد قبل از قالب گیری تزریقی اضافه می شود.